智能手机的屏幕显示效果——是契合标准,还是讨好眼睛?

光电与显示 · 2019-01-09
智能手机的屏幕显示效果在未来应该怎么发展——是契合标准,还是讨好眼睛?OLED和LCD都属于FPD,就是平板显示,特点就是平板嘛…而FPD和太阳能电池算是半导体的边缘行业,因为都用硅基,单晶多晶非晶…1)基板:OLED必须搭载LTPS基板,就是低温多晶硅,特点是多晶硅,比非晶硅迁移率高,而且一定要低温,因为玻璃熔点才600多度。所以电子迁移率那比较高,也就是屏幕反应快。为什么一定要POLY由第二条决定。LCD的基板,LTPS,a-si, IGZO 等等等,太多了,很任性。最近不知道又有什么新东西了…而由于液晶方向性的问题,LCD不能弯曲,否则会让液晶变形,显示颜色就错了,所以你使劲在电脑屏幕上摁一下,要么黑掉白掉要么花花绿绿…OLED没液晶,所以可以用在可挠显示上,装逼就是flexible…

智能手机的屏幕显示效果在未来应该怎么发展——是契合标准,还是讨好眼睛?

OLED和LCD都属于FPD,就是平板显示,特点就是平板嘛…而FPD和太阳能电池算是半导体的边缘行业,因为都用硅基,单晶多晶非晶…1)基板:OLED必须搭载LTPS基板,就是低温多晶硅,特点是多晶硅,比非晶硅迁移率高,而且一定要低温,因为玻璃熔点才600多度。所以电子迁移率那比较高,也就是屏幕反应快。为什么一定要POLY由第二条决定。LCD的基板,LTPS,a-si, IGZO 等等等,太多了,很任性。最近不知道又有什么新东西了…而由于液晶方向性的问题,LCD不能弯曲,否则会让液晶变形,显示颜色就错了,所以你使劲在电脑屏幕上摁一下,要么黑掉白掉要么花花绿绿…OLED没液晶,所以可以用在可挠显示上,装逼就是flexible…

2)基板电路和发光机理:OLED是有集成像素电路和驱动电路在基板上,因为OLED像素本质是电流控制的,MOSFET工作在线性区。电流流过发光材料,决定有多少电子复合光子跃迁,也就是发多少光…黑态是没电流的,最省电。多说两句,OLED像素点路一般有5T,6T的,最关键的是有一个阈值补偿管,作用是补偿阈值漂移,有了这个管子,整块屏幕才能做到发光均匀没有上下色偏…LCD,基板上就一两个TFT管,只起开关的作用,太挫了,不过简单粗暴。LCD是电压控制,加多少电压液晶转多少角度,从而决定透光强度。不转角是全透,所以黑态是加最大电压的,黑态费电。

3)OLED 工艺复杂,基板点路来说,三星有纯P的5mask,那是极致,我不知道三星量产屏幕是不是这种工艺。不过一般研发的,10mask是常态。主要原因是IC输送给屏幕的是电压信号,而OLED要转换成电流,就要要求基板点路能力强稳定性好,不然就乱漂了…还有出于各种乱七八糟的考虑…OLED除了基板还有蒸镀,见4;LCD,哈哈,很随意,基板电路(不能叫电路吧)只需要开和关两种,4、5道mask,大家都能做。LCD除了基板还有液晶和CF,背光…

4)发光机理:OLED要用到蒸镀,发光材料就是蒸上去的,没错,就是放把火在下面烧,烧甘锅…当然其实是电热丝…蒸镀是OLED的精华,大概一共要蒸十层左右材料,什么点子漂移层,缓冲层,复合层…然后空穴再来一遍…蒸镀有Mask,是用张网机拉的,就像拉丝糖一样…用来定义像素区域…这个是最大的技术难点,直接决定了OLED的分辨率,因为线要密,分辨率才能上去…而且因为重力作用线会弯,导致线偏,颜色就变了。还有线太宽了你像素的开口率就不够。直接决定发光的是微腔厚度,微腔就是一个共振腔,由蒸镀材料厚度决定,远离和激光共振腔一样…总之,就是电子空穴在复合层复合,然后跃迁发光…LCD,不用,PI rubbing再滴液晶就行。首先有个背光板,一般是LED的,无机LED的,几个灯泡加导光板。然后电压控制液晶转向,决定透光强度,CF再过滤出纯色的红绿蓝三色光,再通过偏振,就到你眼睛了…

OLED和LCD屏幕的几个技术指标:

1:分辨率:就是一Inch多少像素,LCD领先。2:开口率:就是发光面积除整块屏幕面积,之前LCD领先,现在不知道。3:对比度,就是纯黑比纯白,OLED10000,LCD2000。OLED绝对优势。4:色域广度:OLED领先。5:屏幕厚度:LCD薄化后0.3,但是要加CF,OLED0.1吧,没CF,但是要加touch pannel…LCD的touch pannel现在是一层很薄的膜,在cover glass上贴着。OLED赢。6:省电?不知道,OLED发光效率实在太挫,尤其蓝光,看工艺吧。不过暗态不发光肯定省电。

实用性差别:OLED寿命短,OLED色彩炫。

当我们用「鲜艳」来评价屏幕显示效果时,这不是贬义词,而是褒义词。譬如 iPhone 5 就比 iPhone 4s 的屏幕鲜艳,并且鲜艳的程度可以用数据量化——色彩饱和度提升了 44% 。苹果官方的文案是「色彩饱和度较以往提升了 44%,令色彩表现力也大大加强。」

色彩越鲜艳,显示效果越好,这是毋庸置疑的。Galaxy S 系列手机的屏幕显示效果的问题,既不是因为色彩鲜艳,也不是因为 OLED,是三星自己的问题。

色彩空间:sRGB 和 NTSC

sRGB 和 NTSC 是两种色彩空间。数据上的关系是 72% NTSC 相当于 100% sRGB。

国内的很多评测在色彩特性图这一项中,拿 NTSC 色彩空间和手机屏幕的色域对比,这其实是很不专业的做法。在手机上,色域契合 NTSC 色彩空间是没有意义的,在手机屏幕上 NTSC 只适用于标识色域的大小。

我们说 iPhone 5 屏幕的色彩显示精准,是因为它的色域和 sRGB 契合得很好。(见下图)

一、概述

颜色通常用三个独立的属性来描述,三个独立变量综合作用,自然就构成一个空间坐标,这就是颜色空间。但被描述的颜色对象本身是客观的,不同颜色空间只是从不同的角度去衡量同一个对象。颜色空间按照基本机构可以分为两大类:基色颜色空间和色、亮分离颜色空间。前者典型的是RGB,后者包括YUV和HSV等等。

二、RGB颜色空间

1、计算机色彩显示器和彩色电视机显示色彩的原理一样,都是采用R、G、B相加混色的原理,通过发射出三种不同强度的电子束,使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。这种色彩的表示方法称为RGB色彩空间表示。

2、在RGB颜色空间中,任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成:F=r[R]+r[G]+r[B]。RGB色彩空间还可以用一个三维的立方体来描述。当三基色分量都为0(最弱)时混合为黑色光;当三基色都为k(最大,值由存储空间决定)时混合为白色光。

3、RGB色彩空间根据每个分量在计算机中占用的存储字节数分为如下几种类型:

(1)RGB555

RGB555是一种16位的RGB格式,各分量都用5位表示,剩下的一位不用。

高字节 -> 低字节

XRRRRRGGGGGBBBBB

(2)RGB565

RGB565也是一种16位的RGB格式,但是R占用5位,G占用6位,B占用5位。

(3)RGB24

RGB24是一种24位的RGB格式,各分量占用8位,取值范围为0-255。

(4)RGB32

RGB24是一种32位的RGB格式,各分量占用8位,剩下的8位作Alpha通道或者不用。

4、RGB色彩空间采用物理三基色表示,因而物理意义很清楚,适合彩色显象管工作。然而这一体制并不适应人的视觉特点。因而,产生了其它不同的色彩空间表示法。

三、YUV颜色空间

1、YUV(亦称YCrCb)是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法。在现代彩色电视系统中,通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄影机进行取像,然后把取得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB,再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y(即U)、B-Y(即V),最后发送端将亮度和两个色差总共三个信号分别进行编码,用同一信道发送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V信号分量,那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题,使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

2、YUV主要用于优化彩色视频信号的传输,使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的频宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值;而“U”和“V” 表示的则是色度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度,分别用Cr和Cb来表示。其中,Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。

3、YUV和RGB互相转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255)︰Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = -0.147R - 0.289G + 0.436BV = 0.615R - 0.515G - 0.100BR = Y + 1.14VG = Y - 0.39U - 0.58VB = Y + 2.03U

四、HSV颜色空间

1、HSV是一种将RGB色彩空间中的点在倒圆锥体中的表示方法。HSV即色相(Hue)、饱和度(Saturation)、明度(Value),又称HSB(B即Brightness)。色相是色彩的基本属性,就是平常说的颜色的名称,如红色、黄色等。饱和度(S)是指色彩的纯度,越高色彩越纯,低则逐渐变灰,取0-100%的数值。明度(V),取0-max(计算机中HSV取值范围和存储的长度有关)。HSV颜色空间可以用一个圆锥空间模型来描述。圆锥的顶点处,V=0,H和S无定义,代表黑色。圆锥的顶面中心处V=max,S=0,H无定义,代表白色。

2、RGB颜色空间中,三种颜色分量的取值与所生成的颜色之间的联系并不直观。而HSV颜色空间,更类似于人类感觉颜色的方式,封装了关于颜色的信息:“这是什么颜色?深浅如何?明暗如何?”

3、RGB和HSV转换

(1)从RGB到HSV

设max等于r、g和b中的最大者,min为最小者。对应的HSV空间中的(h,s,v)值为:

h在0到360°之间,s在0到100%之间,v在0到max之间。

(2)从HSV到RGB

为什么在手机上,色域契合 sRGB 就意味着显示效果精准?

人眼所能识别的色彩空间远远超过 sRGB,但是在手机上均以 sRGB 为准。显示精准,就意味着图片实际显示出来的效果和「预设效果」一致。

在手机上,这个显示的「预设效果」就是以 sRGB 为标准的。手机的色域和 sRGB 契合的越好,显示效果就越接近那个「理想的预设效果」。

三星 Galaxy 手机使用的 OLED 面板的颜色表现为什么那么鲜艳?

iPhone 4s 的色域是 50% NTSC。iPhone 5 的色域是 72% NTSC,也就是相当于 100% sRGB,并且曲线和 sRGB 色彩空间契合得很好,所以说 iPhone 5 的显示效果很标准。

iPhone 5 的 72% NTSC 相比 iPhone 4s 的 50% NTSC 提升了 44%,这就是为什么苹果说「色彩饱和度较以往提升了 44%,令色彩表现力也大大加强。」

而三星的 Galaxy 手机上使用的 OLED 面板,色域甚至超过 100% NTSC,这个数值超过了作为标准的 72% NTSC,导致图片显示出来的效果比作为标准的「预设效果」更加鲜艳。

色彩鲜艳本来是一件好事(在下面会详细讲)。但是艳而不正(鲜艳但是偏色)显然是一件糟糕的事,这让 Galaxy 手机的屏幕看上去偏色、色彩很假,让人觉得很重口、不好看。

契合 sRGB 意味着最完美?

可以说 sRGB 是标准,但契合标准不一定意味着就是最好的。这里说说在色彩显示上不同行业的分歧。

一类是显示器厂商,苹果属于这一类(苹果一直有显示器产品线)。

显示器厂商的思维就是追求契合标准。设计师画一个图片,在他的电脑上看是一个样子,但是当这个图片在别人的电脑上看的时候,如果两台电脑的色域不一样,那么图片显示出来的样子就不是当初设计师想要的那个效果。所以显示器厂商希望所有的显示器色域都契合一个标准,这样一张图片在所有人的电脑上显示出来就是一个样子。

一类是电视厂商,比如 Sony。(Sony 同时还是彩监行业的霸主,彩监是显示器材的巅峰,但在这里不考虑,因为 Sony 在 Xperia 手机上对于显示效果的追求走的是电视那条路)

电视厂商并不追求契合标准——试想如果所有品牌的电视,不论价格高低都一个显示效果,那是多么可怕的一件事情。不同的电视厂商有不同的色彩风格。

顶级画质的电视,如果拿色彩标准来衡量的话,其实在色准这项指标上都做的不好。但是这不影响它的画质好,让人觉得好看、养眼。事实上,这种不符合色彩标准的显示产品,相比标准画质反而更加好看。

这一点上电视厂商和耳机厂商很像。很多耳机和音响厂商的产品很贵,是因为调音的原因。耳机厂商的调音,电视厂商对画质的把握,都是需要长时间的经验积累,才能做出顶级的产品。

这个视频展示了作为电视厂商阵营的 Sony,在手机产品上对于色彩显示的把握:追求好看养眼而不是契合标准。更高的色域、更鲜艳的色彩会更加讨好眼睛,但这显然是建立在拥有丰富的调色经验的基础上才能做到的事情。否则像三星那样,不仅没有做到锦上添花,反而使得屏幕显示看上去偏色难看。

那么色彩艳丽的同时又做到好看养眼的屏幕是什么样子呢?请看下图——

这张图里面效果最好的是 Sony 的 lt29i,lt29i 的国行 B 屏是索尼手机中难得的好屏幕。这块屏幕的色彩饱和度很高,同时调色做的比较好,所以最终效果很好。

LCD产生RGB的原理为:

BL的白光经过下偏光片后,经过液晶层,再经过色阻层,通过RGB的色阻产生RGB的颜色。

粗略的看,画面显示颜色的鲜艳程度,丰富程度,是有构成子像素的RGB像素决定的。

1由于普通LED BL采用黄粉+蓝光LED的方式产生白光,因此BL的频谱并不是理想白光频谱。

2 由于色阻选色功能越强,颜色越纯,但是对应颜色的光强越弱,一般而言会选取一个光强和色度都能接受的情形。

OLED产生RGB的原理为:

电流流过不同颜色的OLED发光材料,通过控制电流流过的像素以及对应的电流大小来控制颜色。

1 最终显示的颜色只由发光材料的特性以及流过的电流大小有关。

通过两个的原理比较我们得知,由于减少了产生颜色的控制环节,因此OLED更容易做出颜色艳丽的屏幕。

关于为什么采用Pentile排列,个人认为这个和颜色艳丽与否关系不大。

个人理解如下:

解释原因之前,先讲3个知识点。

1由于目前OLED采用的发光材料本身的寿命问题,红色 蓝色发光材料的效率和稳定性没有绿色的号。

2 在沉积发光材料的时候,由于OLED采用的是金属光罩遮挡形成彩色图形,而沉积制程时,金属光罩不可避免会产生热膨胀,这个不可避免会对像素正确对位产生影响。因此目前OLED技术在小尺寸上比较容易量产,大尺寸上停滞不前。这意味着目前OLED比较难实现高PPI的像素。

3 基于前两点,三星在设计像素的时候,考虑到量产良率的问题,必须要做到

3.1 产品良率比较好 像素PPI不能太高

3.2 产品在长期使用后,不会出现蓝色和红色像素严重衰减的问题。

在前面两个要求下,产生了Pentile像素排列这个主意,Pentile可以减面板的PPI,可以提高R/B像素的面积,一方面是由于发光效率,另一方面可以减小流经R/B像素电流来减小发光材料的光衰。

Pentile 排列首先在水平方向上减小了1/3的像素个数,其中的R/B像素被相邻的像素所公用。(这个前提是面板的驱动电路要搭配适当的算法来实现像素公用这一功能)

有此带来一个缺陷就是,整体OLED面板在初始工作时,蓝色绿色成分可能会偏多,造成OLED面板的色温偏高。有些人认为OLED面板比较冷,就是这个原因。

当然,如果认为冷是一种冷艳,高端霸气上档次的话,Pentile是一种优点了。

实际上的话,我个人认为这个技术是工程技术人员在一定阶段对于实际需求和技术实现上的一种妥协,被厂家宣传成了优点,或者卖点了。

PS(为了说明Pentile 引用了百度以及一些文库的图片)

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